Tài liệu giáo trình truyền động điện , chương 5 doc

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa September 28, 2006
1

Chương 5
QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

5.1 Khái niệm chung về quá trình quá độ
5.2 Các phương pháp tính toán quá trình quá độ


5.1 Khái niệm chung về quá trình quá độ
5.1.1 Định nghĩa
QTQĐ của hệ truyền động điện là quá trình chuyển đổi từ trạng thái xác lập này sang trạng thái
xác lập khác khi xảy ra sự mất cân bằng cơ học trong hệ.
M ≠ M
c
⇒ mất cân bằng cơ học, dω/dt≠0 ⇒ M, I, ω thay đổi

5.1.2 Các nguyên nhân gây ra QTQĐ
a)Các nguyên nhân do thao tác chủ động
b) Các nguyên nhân ngẫu nhiên

5.1.3 Phân loại các QTQĐ
a) QTQĐ cơ học
là QTQĐ xảy ra khi chỉ xét đến quán tính cơ học của hệ, quán tính điện tử bỏ qua.
“hằng số thời gian cơ học” T
c
= J/β [s]
b) QTQĐ điện cơ

là QTQĐ khi phải xét đến cả quán tính cơ học và quá tính điện từ của mạch điện.
Quán tính điện từ ⇒ “hằng số thời gian điện từ” T
đt
= L/R [s]
hoặc T
đt
= RC [s]
5.1.4 Mục đích khảo sát QTQĐ
- Xác định t
qđ
, tìm biện pháp rút ngắn t
qđ

- Xác định i
max
, M
max
,…
…







return
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa September 28, 2006
2

5.2 Các phương pháp tính toán quá trình quá độ
Thực chất ta tìm i(t), M(t), ω(t),… ⇒ đặc tính quá độ
⇒ mô tả hệ thống ở dạng các pt vi phân ⇒ giải pt vi phân tìm nghiệm.

5.2.1 Tính toán quá trình quá độ cơ học
a) Phương trình vi phân mô tả QTQĐ

dt
d
JMM
c
ω
=−
M=f(ω), M
c
= f(ω)
Gsử ĐTC là đường thẳng
M = M
nm
- βω
Nếu M
c
= const
⇒
dt
d
JMM

cnm
ω
=−βω−

với
0
nm
MM
d
dM
ω
=
ω∆
∆
=
ω
=β

hay
ω+
ω
β
=
β
−
dt
dJMM
cnm

Hoặc

xlc
dt
d
T ω=ω+
ω
(5.1)
ω
xl
tốc độ xác lập, là tốc độ làm việc khi kết thúc QTQĐ và hệ đạt được trạng thái cân bằng mới
M = M
c
:

c0
cnm
xl
MM
ω∆−ω=
β
−
=ω
Nếu viết theo quan hệ mômen:

cxlc
MMM
dt
dM
T ==+ (5.2)

b) Đặc tính quá độ

Giải pt (5.1) và (5.2), cho điều kiện đầu t=0 ⇒ ω = ω
bđ
và M=M
bđ
:

(
)
c
T/t
xlbdxl
e
−
ω−ω+ω=ω

(
)
c
T/t
xlbdxl
eMMMM
−
−+= trong đó M
xl
= M
c

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa September 28, 2006
3










c) Thời gian QTQĐ
Lý thuyết t →∞ ⇒ t
qđ
= ∞.
Thực tế M,ω đạt 95% giá trị xác lập ⇒ t
qđ
≈ 3T
c
.
⇒ để giảm t
qđ
:

- Giảm J: khó thực hiện
- Tăng β: dùng hệ có tự động vòng kín.
d) Tổn thất năng lượng trong QTQĐ cơ học
∆W
ng
= ∆W
đg
+ ∆W
tt
∆W
ng
năng lượng nguồn,
∆W
đg
động năng làm thay đổi chuyển động của hệ (hữu ích)
∆W
tt
tổn thất (vô ích)
∆W
đg
= Jω
0
(ω
cc
- ω
bđ
) ω
bđ,
ω
cc

tốc độ lv của hệ ở đầu và cuối QTQĐ
ω
0
tốc độ không tải lý tưởng
⇒
( )
bdcc
ccbd
0dgngtt
2
JWWW ω−ω






ω+ω
−ω=∆−∆=∆
ta đặt

0
bd0
bd
s
ω
ω
−
ω
=

0
cc0
cc
s
ω
ω
−
ω
=
⇒
( )
2
cc
2
bd
0
tt
ss
2
J
W −
ω
=∆

⇒ tổn thất năng lượng trong QTQĐ phụ thuộc vào độ chênh lệch tốc độ ở đầu và cuối quá trình
và tốc độ không tải lý tưởng.
Ví dụ khi khởi động: ω
bđ
= 0 (s
bd

= 1), ω
cc
≈ ω
0
(s
cc
= 0):
∆W
ng
= Jω
2
0
; ∆W
đg
=Jω
0
2
/2; ∆W
tt
= Jω
0
2
/2
⇒Nếu ω
0
=const năng lượng tổn thất lúc khởi động bằng ½ năng lượng nguồn đưa vào hệ,
hay hệ thống có η = 0,5.

Để giảm ∆W
tt

⇒ khởi động nhiều cấp, tăng ω
0
từ nhỏ → lớn.
Nếu khởi động n cấp với ω
0
tăng dần, mỗi lần tăng ω
0
/n thì tổn thất năng lượng giảm đi n lần:

n
W
W
tt
)n(
tt
∆
=∆
nếu điều chỉnh vô cấp n→∞ thì ∆W
tt
→ 0: hệ CL-Đ
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa September 28, 2006
4

5.2.2 Tính toán QTQĐ điện cơ
Nếu hệ chứa các phần tử điện từ có hằng số thời gian T
dt
đủ lớn ⇒ hệ điện cơ
Giả sử với động cơ một chiều:

Mạch điện:

dt
di
LiRkU
u
uuu
++φω=
Mạch cơ:

dt
d
JMM
c
ω
=− hay
dt
d
k
J
Ii
cu
ω
φ
=−
Để đơn giản g/thiết I
c
= 0, hay M
c
= 0:

⇒ Viết theo ω:

0c
2
2
cdt
dt
d
T
dt
d
TT ω=ω+
ω
+
ω

⇒ Viết theo dòng điện:
0i
dt
di
T
dt
id
TT
u
u
c
2
u
2

cdt
=++
trong đó
tốc độ xác lập ω
xl
= ω
0

dòng điện xác lập i
xl
= I
c
= 0.














5.2.3 Tính toán QTQĐ trong hệ phức tạp
⇒ mô tả hệ bằng nhiều phương trình vi phân ⇒ mô hình hóa hệ thống.
- Biến đổi hệ phương trình vi phân về ảnh Laplace p.

ví dụ M – M
c
= Jpω







Khi T
đt
<T
c
/4 Khi T
đt
> T
c
/4
Jp
1

M
M
c
ω

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa September 28, 2006

5

Tương tự:
U - kφω = R
u
(1+T
đt
.p).i
u
ω
φ
=− p
k
J
Ii
cu










Với hệ thống “bộ biến đổi-động cơ một chiều BĐ-Đ” có khâu phản hồi âm tốc độ: bộ biến đổi,
động cơ, phần cơ của hệ.
BĐ thường có t/c của một khâu quán tính.
Nếu bộ BĐ là máy phát điện một chiều, sdd E

bđ
~ i
k
: E
bđ
= K
bđ
.i
k

⇒
dt
di
Li.RU
k
kkkk
+= ⇒ U
k
= R
k
(1+T
bđ
.p).i
k
T
bđ
h/s thời gian kích từ máy phát.

⇒ Matlab/Simulink để khảo sát và phân tích QTQĐ.







return
pT1
R/1
u
u
+

Jp
k
φ

k

φ

U
E
I
u
ω

I
c
pT1
R/1
u
u
+

Jp
k
φ

k
φ

E
I
u
ω

I
c

K
t
E
bđ
U
đ
U
ht
U
v
pT1
K
bd
bd
+

Bộ biến đổi Động cơ + phần cơ